《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》課件2

高中物理·選修3-1·人教版第三章磁場(chǎng)3.4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力1知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向2理解并熟練應(yīng)用安培力的計(jì)算公式F＝ILBsinθ

3了解磁電式電流表的構(gòu)造及原理目標(biāo)定位通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力一、安培力的方向1、磁場(chǎng)

2、磁場(chǎng)

電流

3、掌心

電流的方向

4、B和I

[想一想]：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線不垂直時(shí)，還可用左手定則判斷安培力的方向嗎？答：當(dāng)電流方向跟磁感線方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直與電流和磁場(chǎng)決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心.二、安培力的大小1、ILB2、03、ILBsinθ

[想一想]：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到磁場(chǎng)力嗎？若導(dǎo)線不受磁場(chǎng)力作用是否可以判定該處無磁場(chǎng)呢？答：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行時(shí)不受磁場(chǎng)力，由此也可知，當(dāng)導(dǎo)線不受磁場(chǎng)力作用時(shí)無法判定該處有無磁場(chǎng).預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力三、磁電式電流表1、安培力

越大

偏轉(zhuǎn)的方向

2、磁鐵

3、半徑

平行

4、很弱

[想一想]：用磁電式電流表測(cè)量電流時(shí)，通電線圈的四條邊是否都受到安培力作用？答：與磁感線平行的兩個(gè)邊不受安培力作用預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力一、安培力的方向1．判斷安培力方向的方法：左手定則2．判定安培力的方向應(yīng)注意的問題(1)安培力的方向總是既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面．

(2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心，而是斜穿過手心．特別提醒F⊥I，F(xiàn)⊥B，但B與I不一定垂直．課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力【例1】

畫出圖中各磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力的方向．解析FFFFFFFF課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力二、安培力的大小對(duì)安培力F＝ILBsinθ的理解1．公式中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響2．公式中L指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”，彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖3-4-4所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端．3.公式中θ是B和I方向的夾角，當(dāng)θ=90°時(shí)sinθ=1，公式變?yōu)镕＝ILB4.公式中Bsinθ可以理解為磁感應(yīng)強(qiáng)度B在垂直L方向的分量，Lsinθ也可以理解為L(zhǎng)在垂直于磁場(chǎng)方向的“有效長(zhǎng)度”．3-4-4課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力【例2】長(zhǎng)度為L(zhǎng)、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是(

)A.F=BILcosθB.F=BILcosθC.F=BILsinθD.F=BILsinθ課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力解析

A圖中，導(dǎo)線不和磁場(chǎng)垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場(chǎng)方向上，B圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直C圖中導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直D圖中導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直F=BILFF=BILcosθ方向垂直紙面向外BFF=BILF=BILF√×××A根據(jù)左手定則可以確定安培力的方向可算出各段導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度合力大小為整段導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度所受的安培力課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力A課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力

不計(jì)摩擦力可知電流方向結(jié)合電流方向就可知安培力方向?qū)w棒受力的合力為零，處于平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，先求導(dǎo)軌對(duì)棒的支持力課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌壓力的大?。?g＝10m/s2)【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌壓力的大?。?g＝10m/s2)解析(1)ab棒靜止，受力情況如圖所示，沿斜面方向受力平衡，則mgsinθ＝BILcosθ.課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力60°mgFNFB【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小；(2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌壓力的大小．(g＝10m/s2)借題發(fā)揮有些同學(xué)在處理此類問題時(shí)常常感到比較困難，原因是空間觀念不強(qiáng)，對(duì)磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向的關(guān)系分辨不清，這時(shí)可由立體圖畫出正視圖、側(cè)視圖或俯視圖，則三者之間的關(guān)系就一目了然了．例如本題畫出側(cè)視圖，不但磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流、安培力三者方向關(guān)系確定了，安培力、重力、支持力的關(guān)系也清楚了．課堂講義通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力安培力的方向1.如圖6所示，其中A、B圖已知電流方向及其所受磁場(chǎng)力的方向，試判斷并在圖中標(biāo)出磁場(chǎng)方向．C、D圖已知磁場(chǎng)方向及其對(duì)電流作用力的方向，試判斷電流方向并在圖中標(biāo)出．解析：根據(jù)左手定則A圖磁場(chǎng)方向垂直紙面向外B圖磁場(chǎng)方向在紙面內(nèi)垂直F向下D圖電流方向垂直于紙面向里．C圖電流方向垂直于紙面向里．對(duì)點(diǎn)練習(xí)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力安培力的大小2、如圖3-4-8所示在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線所受的安培力．答案A．ILBcosα

B．ILB

C.ILB

D．2BIR

E．0對(duì)點(diǎn)練習(xí)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力安培力作用下的物體平衡BI1L＝mgsinαI＝mgsinα/BL.根據(jù)左手定則安培力方向沿斜面安培力F必沿斜面向上B垂直軌道面向上mgF安FN對(duì)點(diǎn)練習(xí)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力3．如圖1所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，導(dǎo)軌寬L.有大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直導(dǎo)軌面，金屬桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路中通過電流時(shí)，金屬桿正好能靜止．求：電流的大小為多大？磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如何？1知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向2理解并熟練應(yīng)用安培力的計(jì)算公式F＝ILBsinθ

3會(huì)用左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力及平衡類問題目標(biāo)定位安培力的綜合應(yīng)用1、安培

右手螺旋

2、磁極

3、(1)①BIL

②0

③ILBsinθ

(2)

左手

B和I

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)安培力的綜合應(yīng)用一、安培力作用下物體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是在磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)．①.電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向②.特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向．③.等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵．條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管．通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用④.利用結(jié)論法(1)兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；(2)兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且方向相同的趨勢(shì).⑤.轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律。定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用的受力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可先分析電流在磁體的磁場(chǎng)中受到的安培力，然后有牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力課堂講義安培力的綜合應(yīng)用【例1】如圖7所示，兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距離．其中AB固定，CD能自由活動(dòng)，當(dāng)直線電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙里看) (

)A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABC．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABD．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線ABFF圖7FD課堂講義安培力的綜合應(yīng)用【例1】如圖7所示，兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距離．其中AB固定，CD能自由活動(dòng)，當(dāng)直線電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙里看) (

)A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABC．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開導(dǎo)線ABD．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近導(dǎo)線AB借題發(fā)揮電流在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的判斷：不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況，然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動(dòng)．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用D【例2】如圖8所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是 (

)A．線圈向左運(yùn)動(dòng) B．線圈向右運(yùn)動(dòng)C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)解析解法一：電流元法根據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)．只有選項(xiàng)A正確．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用NSBFBFA【例2】如圖8所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是 (

)A．線圈向左運(yùn)動(dòng) B．線圈向右運(yùn)動(dòng)C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)解析解法二：等效法將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)，選A.A課堂講義安培力的綜合應(yīng)用NSNS二、安培力作用下的導(dǎo)線的平衡1．解決安培力作用下的平衡與解一般物體平衡方法類似，只是多畫出一個(gè)安培力。一般解題步驟為：(1)明確研究對(duì)象；(

2)先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流的方向、磁場(chǎng)的方向標(biāo)注在圖上(3)根據(jù)平衡條件：F合＝0列方程求解求解。2．分析求解安培力時(shí)注意的問題(1)首先畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線的方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力方向；(2)安培力大小與導(dǎo)線放置的角度有關(guān)，但一般情況下只要求導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直的情況，其中L為導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)度為有效長(zhǎng)度．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用圖1【例3】(2012·淮安高二檢測(cè))如圖1所示，質(zhì)量m＝0.1kg的導(dǎo)體棒靜止于傾角為30°的斜面上，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L＝0.5m．通入垂直紙面向里的電流，電流大小I＝2A，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．求：(取g＝10m/s2)(1)導(dǎo)體棒所受安培力的大小和方向；(2)導(dǎo)體棒所受靜摩擦力的大小和方向．(1)安培力F安=ILB=2×0.5×0.5＝0.5N，由左手定則可知安培力的方向水平向右．在x軸方向上有：mgsinθ＋Ff＝F安·cosθ，解得Ff＝－0.067N.負(fù)號(hào)說明靜摩擦力的方向與假設(shè)的方向相反，即沿斜面向上．F安mgFNFfy解析x(2)建立如圖坐標(biāo)系，分解重力和安培力．在x軸方向上，設(shè)導(dǎo)體棒受的靜摩擦力大小為Ff，方向沿斜面向下．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用三、安培力和牛頓第二定律的結(jié)合解決安培力作用下的力學(xué)綜合問題，同樣遵循力學(xué)的規(guī)律。做好全面受力分析是前提，無非就是多了一個(gè)安培力，其次要根據(jù)題設(shè)條件明確運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再恰當(dāng)